Aufbau eines Rastersondenmikroskops mit integriertem Flugzeit-Massenspektrometer

Rastersondenmikroskopie, insbesondere Rastertunnelmikroskopie (STM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einem unentbehrlichen Werkzeug in der Oberfl¨chenphysik entwickelt. Mit dem AFM a konnten erstmals auch Oberfl¨chen von Isolatoren mit atomarer Aufl¨sung una o tersucht werden, welche mit dem STM oder anderen elektronenspektroskopischen Methoden bisher nicht zug¨nglich waren. AFM und STM verf¨gen zwar uber eia u ¨ ne hervorragende Ortsaufl¨sung bis hinunter zur atomaren Skala, weisen aber o den Nachteil auf, dass sie keine Information uber die chemische Zusammenset¨ zung des abgebildeten Materials liefern. In dieser Arbeit werden AFM und STM durch Kombination mit einem Massenspektrometer um die M¨glichkeit der lokao len chemischen Analyse auf Nanometerskala erweitert. Beide Ger¨te werden im a Ultrahochvakuum (UHV) betrieben. Das Grundprinzip des Experiments beruht auf einem Materialtransfer von der Probenoberfl¨che auf die Spitze des Rastersondenmikroskops. Das transferierte a Material wird anschliessend von der Spitze durch Feldevaporation desorbiert und mit einem Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-Massenspektrometer) chemisch analysiert. Zur Absenkung der dabei verwendeten Hochspannungen kommt eine lokale Elektrode zum Absaugen der Ionen von der Spitze zum Einsatz. Als Spitzen wurden f¨r TOF-STM Experimente elektrochemisch ge¨tzte Wolframu a spitzen verwendet, w¨hrend f¨r TOF-AFM Experimente Stimmgabelquarze soa u wie eigens f¨r dieses Projekt entwickelte mikrofabrizierte TOF-Cantilever mit u integrierter, mikrofabrizierter lokaler Elektrode eingesetzt wurden. Durch Vertauschen der Polarit¨t der Hochspannung zwischen Spitze und lokaler Elektrode a kann die Spitze durch Feldemission charakterisiert werden. In dieser Arbeit werden Aufbau und Messungen eines kombinierten AFM / STM mit einem FlugzeitMassenspektrometer beschrieben. Durch Messungen wurde anhand von Gold, Silizium und Graphit gezeigt, dass Oberfl¨chen r¨umlich wie auch chemisch mit a a einer Aufl¨sung von 10nm untersucht werden k¨nnen. K¨rzlich konnten mit dem o o u Instrument im STM-Modus monoatomare Graphitstufen sowie die rekonstruierte Si(111)-7×7-Oberfl¨che mit atomarer Aufl¨sung abgebildet werden. Letztere a o wurde erst nach ,,Redaktionsschluss” dieser Arbeit gemessen, so dass in dieser Arbeit lediglich die monoatomaren Graphitstufen vorgestellt werden.